KR20210017910A - 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법 - Google Patents

배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈의 온도 및 전압을 기초로 상기 배터리 모듈의 가이드 충전 파워를 설정하는 가이드 충전 파워 설정부; 부하측에서 측정된 전압 및 전류를 기초로 상기 부하측에서의 실사용 파워를 산출하는 실사용 파워 산출부; 및 일정 시간 동안 상기 가이드 충전 파워 및 상기 실사용 파워에 기초한 에너지의 누적값을 미리 설정된 값과 비교하여 상기 배터리 모듈의 과충전 여부를 진단하는 진단부를 포함하는 배터리 관리 시스템을 포함한다.

Description

배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND BATTERY MANAGEMNET METHOD}
본 발명은 배터리 누적 출력 전력을 이용하여 배터리의 과충전을 방지하는 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등과 최근의 리튬 이온 전지를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 전지는 소형, 경량으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 이러한 리튬 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
또한, 이차 전지는 일반적으로 복수 개의 배터리 셀들이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩으로 이용된다. 그리고 배터리 팩은 배터리 관리 시스템(BMS, BATTERY MANAGEMNET SYSTEM)에 의하여 상태 및 동작이 관리 및 제어된다.
BMS는 파워맵 기반으로 온도 및 전압을 고려하여 배터리 모듈의 충전 파워 가이드를 충전기로 제공한다. 종종 충전기의 오동작으로 인하여 BMS의 가이드 전력을 넘어 충전을 하여 과충전이 발생하거나 저온에서 무리하게 충전시에 배터리 수명에 큰 영향을 줄 수 있다.
특히, 상온에서의 과충전은 OV(over voltage detection)으로 막을 수 있으나, 저온에서의 과충전은 OV에 도달하기 전에 Li-plating이 발생할 수 있기 때문에 OV 만으로 과충전을 방지할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 BMS에서 배터리 모듈의 과충전을 방지하기 위하여 배터리 사용 전력의 누적값을 이용하여 배터리 모듈의 충방전을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템으로서, 배터리 모듈의 온도 및 전압을 기초로 상기 배터리 모듈의 가이드 충전 파워를 설정하는 가이드 충전 파워 설정부; 부하측에서 측정된 전압 및 전류를 기초로 상기 부하측에서의 실사용 파워를 산출하는 실사용 파워 산출부; 및 일정 시간 동안 상기 가이드 충전 파워 및 상기 실사용 파워에 기초한 에너지의 누적값을 미리 설정된 값과 비교하여 상기 배터리 모듈의 과충전 여부를 진단하는 진단부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템에서, 상기 진단부는 상기 일정 시간 동안 상기 실사용 파워가 상기 가이드 충전 파워보다 큰 구간에서의 상기 에너지의 누적값이 미리 설정된 제1 임계치를 초과하고 제2 임계치를 초과하지 않으면 상기 배터리 모듈이 과충전 가능성이 있는 위험 상태로 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템에서, 상기 진단부는 상기 일정 시간 동안 상기 실사용 파워가 상기 가이드 충전 파워보다 큰 구간에서의 상기 에너지의 누적값이 상기 제2 임계치를 초과하면 상기 배터리 모듈이 과충전 상태로 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템에서, 상기 진단부는 상기 일정 기간동안 상기 실사용 파워가 상기 가이드 충전 파워보다 작은 구간이 미리 설정된 시간보다 길면 해당 구간에서의 상기 가이드 충전 파워를 상기 충전 파워로 나눈 값을 상기 에너지의 누적값에 곱한 값을 상기 미리 설정된 값과 비교하여 상기 배터리 모듈의 과충전 상태를 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템에서, 상기 진단부가 상기 배터리 모듈을 과충전 상태 또는 상기 위험 상태로 진단하는 경우, 상기 배터리 모듈의 충방전을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템에서, 상기 진단부가 상기 배터리 모듈을 과충전 상태 또는 상기 위험 상태로 진단하는 경우, 상기 배터리 모듈에 대한 과충전 상태 정보 또는 위험 상태 정보를 상위 제어기로 송신하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법으로서, 배터리 모듈의 과충전을 진단하는 배터리 관리 시스템에 의하여 수행되는, 상기 배터리 모듈의 온도 및 전압을 기초로 상기 배터리 모듈의 가이드 충전 파워를 설정하는 단계; 부하측에서 측정된 전압 및 전류를 기초로 상기 부하측에서의 실사용 파워를 산출하는 단계; 및 일정 기간 동안 상기 가이드 충전 파워 및 상기 실사용 파워의 차이값에 기초한 에너지의 누적값을 미리 설정된 값과 비교하여 상기 배터리 모듈의 과충전 여부를 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법에서, 상기 진단하는 단계에서, 상기 일정 시간 동안 상기 실사용 파워가 상기 가이드 충전 파워보다 큰 구간에서의 상기 에너지의 누적값이 미리 설정된 제1 임계치를 초과하고 제2 임계치를 초과하지 않으면 상기 배터리 모듈이 과충전 가능성이 있는 위험 상태로 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법에서, 상기 진단하는 단계에서, 상기 일정 시간 동안 상기 실사용 파워가 상기 가이드 충전 파워보다 큰 구간에서의 상기 에너지의 누적값이 상기 제2 임계치를 초과하면 상기 배터리 모듈이 과충전 상태로 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법에서, 상기 진단하는 단계에서, 상기 일정 기간동안 상기 실사용 파워가 상기 가이드 충전 파워보다 작은 구간이 미리 설정된 시간보다 길면 해당 구간에서의 상기 가이드 충전 파워를 상기 충전 파워로 나눈 값을 상기 에너지의 누적값에 곱한 값을 상기 미리 설정된 값과 비교하여 상기 배터리 모듈의 과충전 상태를 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법에서, 상기 진단하는 단계에서, 상기 배터리 모듈을 과충전 상태 또는 상기 위험 상태로 진단하는 경우, 상기 배터리 모듈의 충방전을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법에서, 상기 진단하는 단계에서, 상기 배터리 모듈을 과충전 상태 또는 상기 위험 상태로 진단하는 경우, 상기 배터리 모듈에 대한 과충전 상태 정보 또는 위험 상태 정보를 상위 제어기로 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법에 의하여 배터리 충전 전력과 배터리 방전 전력의 누적값을 이용하여 배터리 과충전을 판단하여 장기적으로 안전상 문제를 야기할 수 있는 Li-Plating을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 관리 시스템의 설치예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성도이다.
도 3a는 종래의 배터리 과충전 진단에 사용된 전력 그래프를 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 동작을 설명하기 위한 가이드 파워와 출력 파워의 그래프를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 이해를 위한 누적 출력 전력을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 하드웨어 구성을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 일반적인 배터리 관리 시스템의 설치예를 나타낸 도면이다.
배터리팩(1)은 하나 이상의 배터리 셀로 이루어지고, 충방전 가능한 배터리 모듈(60)과, 배터리 모듈(60)의 +단자 측 또는 -단자 측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(60)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(50)와, 배터리 모듈(60)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 MBMS(30, 모듈 BMS)를 포함한다.
여기서, 스위칭부(50)는 배터리 모듈(60)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 반도체 스위칭 소자로서, 예를 들면, 적어도 하나의 MOSFET이 이용될 수 있다.
또한, MBMS(30)는, 배터리 모듈(60)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하기 위해서, 반도체 스위칭 소자의 게이트, 소스 및 드레인 등의 전압 및 전류를 측정하거나 계산할 수 있고, 또한, 반도체 스위칭 소자에 인접해서 마련된 센서(40)를 이용하여 배터리 모듈의 전류, 전압, 온도 등을 측정할 수 있다. MBMS(30)는 상술한 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다.
또한, MBMS(30)는, MOSFET의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 배터리 모듈(30)에 연결되어 배터리 모듈(60)의 상태를 감시할 수 있다.
이와 같은 배터리팩(1)의 구성 및 MBMS(30)의 구성은 공지된 구성이므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 MBMS(30)는 상위 RBMS(20)와 연결되어, 상위 RBMS(20)로부터 인가된 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있다. 또한, 상위 RBMS(20)는 상위 제어기(10)와 연결될 수 있다. 상위 RBMS(20) 역시 상위 제어기(10)로부터 인가되는 신호에 기초하여 동작이 제어될 수도 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성도이다.
도 3a를 참조하면 종래에는 배터리 과충전 여부를 판단할 때, 실제 사용되는 파워가 미리 설정된 시간동안 미리 설정된 값을 초과하면 해당 배터리 충전 상태를 과충전 상태(Fault) 또는 과충전 위험 상태(Warning)로 판단했다.
즉, 실제 사용되는 파워가 실선으로 도시되어 있고, 100%충전 상태인 배터리 충전 가이드 파워를 초과하는 범위에서, 미리 설정된 제1 값(일점 쇄선으로 표시)을 초과하면 배터리 과충전 위험 상태로 판단하고, 미리 설정된 제2 값(이점 쇄선으로 표시)을 초과하면 배터리 과충전 상태로 판단하였다. 또한, 실제 사용되는 파워가 제1 값 또는 제2 값을 초과하기만 하면 배터리 과충전 또는 과충전 위험 상태로 판단하는 것이 아니라. 실제 사용되는 파워가 제1 값 또는 제2 값을 초과하는 시간이 미리 설정된 시간 동안 지속되는 경우에만 배터리 과충전 또는 과충전 위험 상태로 진단했다.
그러나, 이러한 종래 방법으로 배터리 과충전 상태를 진단하면, 저온에서의 과충전의 경우를 판단하기가 어렵다. 따라서, BMS의 가이드 파워를 넘어서 과충전이 발생하거나, 저온에서 무리하게 충전하게 되어 Li-plating이 발생하는 문제가 있었다.
이러한, 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 배터리 모듈의 사용 파워의 누적값을 이용하여 배터리 과충전 판단을 수행한다. 구체적으로 본 발명의 배터리 관리 시스템의 구성 및 동작을 도 2의 구성도를 통해서 자세히 설명하도록 한다.
배터리 관리 시스템(30)은 전압 측정부(200), 온도 측정부(202), 전류 측정부(204), 가이드 파워 설정부(206), 출력 파워 산출부(208), 진단부(210), 통신부(212) 및 제어부(214)를 포함한다.
전압 측정부(200)는 배터리 모듈의 양단 전압을 측정한다. 일반적으로 배터리 전압을 측정하는 방법은 예를 들어, 오피 앰프를 사용하는 방법과, 릴레이 및 콘덴서를 사용하는 방법이 있다.
온도 측정부(202)는 배터리 모듈의 온도를 측정한다. 일반적으로 배터리 온도 측정부는 예를 들어 서미스터(thermistor)일 수 있다. 서미스터는 망간, 니켈, 구리, 코발트, 크롬, 철 등의 산화물들을 조합시켜 혼합 소결한 반도체 소자로서, 온도에 따라 전기 저항값이 변하는 특성을 가지는 소자이다. 예를 들어, 서미스터는 온도와 저항값이 비례 특성을 가지는 PTC(positive temperature coefficient thermistor), 온도와 저항값이 반비례 특성을 가지는 NTC(negative temperature codfficient thermistor) 및 특정 온도에서 저항값이 급변하는 CIR(critical temperature resistor)일 수 있다.
전류 측정부(204)는 배터리 모듈의 전류를 측정한다. 일반적으로 배터리 전류 측정은 변류기(current transformer) 방식, 홀 소자(hall element) 방식 및 퓨즈(fuse) 방식 중 하나 이상에 해당하는 전류 센서를 이용하여 수행될 수 있다.
가이드 파워(전력) 설정부(206)는 상기 전압 측정부(200)에서 측정된 배터리 모듈의 전압값을 수신한다. 또한, 가이드 파워 설정부(206)는 상기 온도 측정부(202)에서 측정된 배터리 모듈의 온도값을 수신한다. 가이드 파워 설정부(206)는 실시간으로 수신한 배터리 모듈의 전압 및 온도를 고려하여 충전기에서 충전되는 충전 파워에 대한 가이드 충전 파워를 실시간으로 설정한다.
가이드 충전 파워 설정부(206)에서 특정 시점에 설정한 가이드 충전 파워값은 한번 설정된 값을 계속 이용할 수도 있고, 실시간으로 변하는 배터리 모듈의 전압과 온도를 고려하여 변화하는 값을 가이드 충전 파워값으로 설정할 수도 있다.
가이드 파워 설정부(206)에서 설정된 충전 가이드 파워값은 진단부(210)로 전송된다. 가이드 파워 설정부(206)에서 실시간으로 변화하는 충전 가이드 파워값을 산출하면, 가이드 파워 설정부(206)에서 진단부(210)로 실시간으로 설정된 충전 가이드 파워값이 전송될 수도 있다.
실사용 파워 산출부(208)는 배터리 모듈의 출력 파워, 즉 부하단에서 실제로 사용되는 파워값을 산출한다. 예를 들어, 실사용 파워 산출부(208)는 시간에 따라 실제로 사용되는 파워값을 도 5의 실선으로 표시된 그래프와 같이 그 값을 산출할 수 있다. 실사용 파워 산출부(208)는 부하단에서 측정된 전압 및 전류를 이용하여 실제 사용되는 파워값을 산출할 수 있다.
실사용 파워 산출부(208)는 실시간으로 산출된 실제 사용된 실사용 파워값을 진단부(210)로 전송한다.
진단부(210)는 가이드 파워 설정부(206)로부터 설정된 가이드 파워값을 수신한다. 가이드 파워값은 충전기로부터의 수신된 전력을 이용하여 배터리 모듈을 충전할 때, 과충전이 되지 않도록 설정된 충전 파워값이다. 가이드 파워값은 배터리 모듈의 전압 및 온도값을 기초로 산출되는데, 배터리 모듈의 실시간으로 변화하는 전압 및 온도값을 기초로 산출되어, 실시간으로 변화하는 값일 수도 있다.
또한, 진단부(210)는 실사용 파워 산출부(208)로부터 부하단에서 실제로 사용되는 파워값을 실시간으로 수신한다.
도 3b를 참조하면, 시간의 흐름에 따라 변화하는 가이드 파워값(점선으로 표시) 및 부하단에서 실제로 사용되는 파워값(실선으로 표시, 실사용 파워값)이 그래프로 나타나 있다.
진단부(210)는 실사용 파워값이 가이드 파워값보다 큰 구간(0초에서 T1 사이의 구간)에서, 실사용 파워값과 가이드 파워값의 차이값의 누적값을 이용하여 과충전 여부를 판단한다. 즉, 도 3b에 도시된 그래프에서, 0초에서 T1 사이의 구간에서 실사용 파워값의 그래프와 가이드 파워값의 그래프 사이의 면적값이 실사용 파워값과 가이드 파워값의 차이값의 누적값에 해당한다.
진단부(210)는 일정 시간 동안 수신되는 실사용 파워값과 가이드 파워값의 차이값의 누적값과 미리 설정된 값을 비교하여 해당 배터리 모듈의 과충전 상태를 진단한다.
구체적으로 진단부(210)는 일정 시간 동안 실사용 파워값이 가이드 파워값보다 큰 구간에서, 실사용 파워값에서 가이드 파워값을 뺀 값을 누적 적산한 값이 미리 설정된 제1 값보다 크면 해당 배터리 모듈은 과충전 가능성이 있는 위험 상태로 진단하고, 실사용 파워값에서 가이드 파워값을 뺀 값을 누적 적산한 값이 미리 설정된 제2 값보다 크면 해당 배터리 모듈은 과충전 상태인 것으로 진단한다. 여기서 제1 값보다 제2 값이 큰 값이다. 제1 값과 제2 값은 미리 설정할 수 있다.
다만, 진단부(210)는 배터리 모듈의 과충전 여부를 판단할 때, 상기 일정 시간 동안 가이드 파워값이 실사용 파워값보다 큰 구간에서의 가이드 파워값과 실사용 파워값의 비를 더 고려할 수 있다. 구체적으로, 일정 시간 동안 가이드 파워값이 실사용 파워값보다 큰 구간의 지속 시간이 미리 설정된 제3 시간보다 길면 가이드 파워값을 실사용 파워값을 나눈값(WF, weight factor)을 상기 누적 적산값에 곱한값을 제1 값 또는 제2 값과 비교하여 배터리 과충전 여부를 진단한다.
이렇게 WF를 이용함으로써, 계속되는 누적 적산값에 대한 배터리 과충전의 오진단을 방지할 수 있다.
여기서 제1 값, 제2 값 및 제3 시간은 셀 특성 실험을 통해서 미리 설정할 수 있다.
통신부(212)는 진단부(210)에서 배터리 모듈의 과충전 또는 과충전 위험 상태로 진단되면 해당 진단 결과를 상위 제어부로 전송한다. 또는, 통신부(212)는 배터리 모듈의 과충전 또는 과충전 위험 상태에 따른 알람 신호를 상위 제어부로 전송할 수도 있다.
제어부(214)는 진단부(210)로부터 배터리 모듈의 진단 결과를 수신한다.
제어부(214)는 진단부(210)로부터 수신된 배터리 모듈의 상태가 과충전 상태 또는 과충전 위험 상태인 경우 스위칭부(50)를 이용하여 충방전 전류를 제어할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 순서도이다.
가이드 파워 설정부(206)는 전압 측정부(200) 및 온도 측정부(202)에서 측정된 배터리 모듈의 전압 및 온도값을 이용하여, 충전기로부터 충전되는 충전 가이드 파워를 설정한다(S400).
가이드 파워 설정부(206)는 실시간으로 수신한 배터리 모듈의 전압 및 온도를 고려하여 충전기에서 충전되는 충전 파워에 대한 가이드 충전 파워를 실시간으로 설정한다.
가이드 충전 파워 설정부(206)에서 특정 시점에 설정한 가이드 충전 파워값은 한번 설정된 값을 계속 이용할 수도 있고, 실시간으로 변하는 배터리 모듈의 전압과 온도를 고려하여 변화하는 값을 가이드 충전 파워값으로 설정할 수도 있다.
가이드 파워 설정부(206)에서 설정된 충전 가이드 파워값은 진단부(210)로 전송된다. 가이드 파워 설정부(206)에서 실시간으로 변화하는 충전 가이드 파워값을 산출하면, 가이드 파워 설정부(206)에서 진단부(210)로 실시간으로 설정된 충전 가이드 파워값이 전송될 수도 있다.
또한, 동시에 충전 파워 산출부(208)는 부하측에서 측정된 전압 및 전류값을 이용하여 실시간으로 사용되는 파워값을 산출한다(S400).
예를 들어, 실사용 파워 산출부(208)는 시간에 따라 실제로 사용되는 파워값을 도 5의 실선으로 표시된 그래프와 같이 그 값을 산출할 수 있다. 실사용 파워 산출부(208)는 부하단에서 측정된 전압 및 전류를 이용하여 실제 사용되는 파워값을 산출할 수 있다.
실사용 파워 산출부(208)는 실시간으로 산출된 실제 사용된 실사용 파워값을 진단부(210)로 전송한다.
진단부(210)는 가이드 파워 설정부(206)로부터 설정된 가이드 파워값을 수신한다. 또한, 진단부(210)는 실사용 파워 산출부(208)로부터 부하단에서 실제로 사용되는 실사용 파워값을 실시간으로 수신한다. 진단부(210)는 각각 수신된 가이드 파워값과 실사용 파워값을 일정 시간 동안 비교하여, 실사용 파워값이 가이드 파워값보다 큰 구간에서, 실사용 파워값에서 가이드 파워값을 뺀 값을 누적 적산한다(S402). 도 3b를 참조하면, 시간의 흐름에 따라 변화하는 가이드 파워값(점선으로 표시) 및 부하단에서 실제로 사용되는 파워값(실선으로 표시, 실사용 파워값)이 그래프로 나타나 있다.
이어서, 진단부(210)는 실사용 파워값에서 가이드 파워값을 뺀 값을 누적 적산한 값인 적산값을 미리 설정된 제1 값(Warning threshold)과 비교한다(S404).
다만, 진단부(210)는 배터리 모듈의 과충전 여부를 판단할 때, 상기 일정 시간 동안 가이드 파워값이 실사용 파워값보다 큰 구간에서의 가이드 파워값과 실사용 파워값의 비를 더 고려할 수 있다. 구체적으로, 일정 시간 동안 가이드 파워값이 실사용 파워값보다 큰 구간의 지속 시간이 미리 설정된 제3 시간보다 길면 가이드 파워값을 실사용 파워값을 나눈값(WF, weight factor)을 상기 누적 적산값에 곱한값을 제1 값 또는 제2 값과 비교하여 배터리 과충전 여부를 진단한다.
진단부(210)는 누적 적산 값에 WF를 곱한 값이 제1 값보다 작으면 상기 S400 단계부터 다시 수행하고, 상기 누적 적산 값에 WF를 곱한 값이 제1 값보다 크면, 다음 단계를 수행한다.
즉, 진단부(210)는 상기 누적 적산 값에 WF를 곱한 값이 제1 값보다 크면, 해당값이 제2 값(Fault threshold)보다 큰지 여부를 판단한다(S406).
진단부(210)는 상기 누적 적산 값에 WF를 곱한 값 제1 값보다 크고 제2 값보다 작다고 판단하면 해당 배터리 모듈은 과충전 위험 상태인 것으로 판단하고(S410), 상기 누적 적산 값에 WF를 곱한 값이 제2 값보다 크면 해당 배터리 모듈은 과충전 상태인 것으로 판단한다(S408).
이어서, 진단부(210)가 해당 배터리 모듈이 과충전 상태이거나, 과충전 위험 상태인 경우에, 제어부(214)는 스위칭부(50)를 제어하여 배터리 충방전을 제어할 수 있다.
또한, 진단부(210)가 해당 배터리 모듈이 과충전 상태이거나, 과충전 위험 상태인 경우에, 통신부(212)는 진단부(210)에서 배터리 모듈의 과충전 또는 과충전 위험 상태로 진단되면 해당 진단 결과를 상위 제어부로 전송한다. 또는, 통신부(212)는 배터리 모듈의 과충전 또는 과충전 위험 상태에 따른 알람 신호를 상위 제어부로 전송할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 이해를 위한 누적 출력 전력을 나타내는 그래프이다.
실선으로 표시된 그래프가 실사용 파워 그래프이고, 점선으로 표시된 그래프가 가이드 파워 그래프이다. 진단부(210)가 배터리 과충전을 진단하기 위하여, 실사용 파워값이 가이드 파워값보다 큰 구간(Tαn)에서, 실사용 파워값과 가이드 파워값의 차이값을 누적 적산한 값을 제1 값 및 제2 값과 비교하여 과충전 여부를 판단한다.
다만, 실사용 파워값이 가이드 파워값보다 작은 구간(Tβn)이 미리 설정된 제3 시간보다 길면, 진단부(210)는 실사용 파워값과 가이드 파워값의 차이값을 누적 적산한 값에 가이드 파워값을 실사용 파워값을 나눈값(WF, weight factor)을 상기 누적 적산값에 곱한값을 제1 값 또는 제2 값과 비교하여 배터리 과충전 여부를 진단한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 하드웨어 구성을 도시한 도면이다.
배터리 관리 시스템(600)은, 각종 처리 및 각 구성을 제어하는 마이크로컨트롤러(MCU; 610)와, 운영체제 프로그램 및 각종 프로그램(예로서, 배터리팩의 이상 여부 진단 프로그램 혹은 배터리팩의 온도 추정 프로그램) 등이 기록되는 메모리(620)와, 배터리셀 모듈 및/또는 반도체 스위칭 소자와의 사이에서 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 제공하는 입출력 인터페이스(630)와, 유무선 통신망을 통해 외부와 통신 가능한 통신 인터페이스(640)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(620)에 기록되고, 마이크로 컨트롤러(510)에 의해 처리됨으로써 예를 들면 도 2에서 도시한 각 기능 블록들을 수행하는 모듈로서 구현될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
30 배터리 관리 시스템
200 전압 측정부
202 온도 측정부
204 전류 측정부
206 가이드 파워 설정부
208 실사용 파워 산출부
210 진단부
212 통신부
214 제어부

Claims (12)

  1. 배터리 모듈의 온도 및 전압을 기초로 상기 배터리 모듈의 가이드 충전 파워를 설정하는 가이드 충전 파워 설정부;
    부하측에서 측정된 전압 및 전류를 기초로 상기 부하측에서의 실사용 파워를 산출하는 실사용 파워 산출부; 및
    일정 시간 동안 상기 가이드 충전 파워 및 상기 실사용 파워에 기초한 에너지의 누적값을 미리 설정된 값과 비교하여 상기 배터리 모듈의 과충전 여부를 진단하는 진단부를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 진단부는 상기 일정 시간 동안 상기 실사용 파워가 상기 가이드 충전 파워보다 큰 구간에서의 상기 에너지의 누적값이 미리 설정된 제1 임계치를 초과하고 제2 임계치를 초과하지 않으면 상기 배터리 모듈이 과충전 가능성이 있는 위험 상태로 진단하는 배터리 관리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 진단부는 상기 일정 시간 동안 상기 실사용 파워가 상기 가이드 충전 파워보다 큰 구간에서의 상기 에너지의 누적값이 상기 제2 임계치를 초과하면 상기 배터리 모듈이 과충전 상태로 진단하는 배터리 관리 시스템.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 진단부는 상기 일정 기간동안 상기 실사용 파워가 상기 가이드 충전 파워보다 작은 구간이 미리 설정된 시간보다 길면 해당 구간에서의 상기 가이드 충전 파워를 상기 충전 파워로 나눈 값을 상기 에너지의 누적값에 곱한 값을 상기 미리 설정된 값과 비교하여 상기 배터리 모듈의 과충전 상태를 진단하는 배터리 관리 시스템.
  5. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 진단부가 상기 배터리 모듈을 과충전 상태 또는 상기 위험 상태로 진단하는 경우,
    상기 배터리 모듈의 충방전을 제어하는 제어부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 진단부가 상기 배터리 모듈을 과충전 상태 또는 상기 위험 상태로 진단하는 경우,
    상기 배터리 모듈에 대한 과충전 상태 정보 또는 위험 상태 정보를 상위 제어기로 송신하는 통신부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  7. 배터리 모듈의 과충전을 진단하는 배터리 관리 시스템에 의하여 수행되는,
    상기 배터리 모듈의 온도 및 전압을 기초로 상기 배터리 모듈의 가이드 충전 파워를 설정하는 단계;
    부하측에서 측정된 전압 및 전류를 기초로 상기 부하측에서의 실사용 파워를 산출하는 단계; 및
    일정 기간 동안 상기 가이드 충전 파워 및 상기 실사용 파워의 차이값에 기초한 에너지의 누적값을 미리 설정된 값과 비교하여 상기 배터리 모듈의 과충전 여부를 진단하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 진단하는 단계에서,
    상기 일정 시간 동안 상기 실사용 파워가 상기 가이드 충전 파워보다 큰 구간에서의 상기 에너지의 누적값이 미리 설정된 제1 임계치를 초과하고 제2 임계치를 초과하지 않으면 상기 배터리 모듈이 과충전 가능성이 있는 위험 상태로 진단하는 배터리 관리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 진단하는 단계에서,
    상기 일정 시간 동안 상기 실사용 파워가 상기 가이드 충전 파워보다 큰 구간에서의 상기 에너지의 누적값이 상기 제2 임계치를 초과하면 상기 배터리 모듈이 과충전 상태로 진단하는 배터리 관리 방법.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 진단하는 단계에서,
    상기 일정 기간동안 상기 실사용 파워가 상기 가이드 충전 파워보다 작은 구간이 미리 설정된 시간보다 길면 해당 구간에서의 상기 가이드 충전 파워를 상기 충전 파워로 나눈 값을 상기 에너지의 누적값에 곱한 값을 상기 미리 설정된 값과 비교하여 상기 배터리 모듈의 과충전 상태를 진단하는 배터리 관리 방법.
  11. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 진단하는 단계에서, 상기 배터리 모듈을 과충전 상태 또는 상기 위험 상태로 진단하는 경우,
    상기 배터리 모듈의 충방전을 제어하는 단계를 더 포함하는 배터리 관리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 진단하는 단계에서, 상기 배터리 모듈을 과충전 상태 또는 상기 위험 상태로 진단하는 경우,
    상기 배터리 모듈에 대한 과충전 상태 정보 또는 위험 상태 정보를 상위 제어기로 송신하는 단계를 더 포함하는 배터리 관리 방법.
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